第三章生物信息的传递（上）RNA的转录94

第三章生物信息的传递〔上〕

RNA的转录一、RNA的转录二、启动子与转录起始三、终止与抗终止四、mRNA的特征与比较五、转录后修饰本章主要内容复制和转录的异同点相同点：1.都以DNA为模板2.原料为核苷酸3.合成方向均为5′→3′方向4.都需要依赖DNA的聚合酶5.遵守碱基互补配对规律6.产物为多聚核苷酸链不同点：复制转录模板两股链均作为模板模板链作为模板原料dNTPNTP聚合酶DNA聚合酶RNA聚合酶产物子代DNA双链mRNA;tRNA;rRN配对A-T；G-CA-U；T-A；G-C★引物需RNA引物--------★方式(特点)半保存复制不对称转录引言1、RNA的结构与种类结构：ATP－UTPGTP－CTP大分子结构：单链双螺旋区三叶草结构种类：mRNArRNAtRNA转录：以DNA为模板合成与DNA链序列完全相同〔T－U除外〕的RNA单链的过程。主要步骤：起始、延伸、终止等DNA分子双链的划分：

编码链：不作复制模板的DNA单链，又称有义链模板链：作复制模板的DNA单链，又称反义链一、RNA的转录以DNA为模板合成RNA的过程称为转录〔transcription〕。转录是生物界RNA合成的主要方式，是遗传信息朋DNA向RNA传递过程，也是基因表达的开始〔图17-1〕。转录也是一种酶促的核苷酸聚合过程，所需的酶叫做依赖DNA的RNA聚合酶〔DDRP〕。转录产生初级转录物为RNA前体〔RNaprecursor〕，它们必须经过加工过程变为成熟的RNA，才能表现其生物活性。1、转录的根本过程转录的主要过程见图，为研究和表达方便，可将RNA合成分为模板识别、转录起始、通过启动子及转录延长和终止四个阶段。模板识别：RNA聚合酶与启动子DNA作用并与之结合。在DNA形成转录泡。通过启动子：转录起始后直到9个核苷酸短链转录延长：RNA聚合酶离开启动子，沿DNA链移动并产生新RNA链伸长。终止：不再形成磷酸二酯键，RNA－DNA别离，转录泡瓦解，DNA恢复双链。RNA酶促合成的特点：〔1〕合成原料为ATP、GTP、CTP、UTP〔2〕的RNA在NDA模板上以RNA聚合酶酶促合成〔3〕只有一条DNA链作为一个基因的RNA模板，这可用人工分子杂交试验证实。〔4〕RNA链按照5‘－3’方向〔DNA链的3‘－5’〕定向合成，因此RNA5‘端为三磷酸键。2、转录机器的主要成分〔1〕依赖DNA的RNA聚合酶〔DDRP〕真核和原核细胞内都存在有DDRP，迄今发现的DDRP的有以下特点：①以DNA为模板；在DNA的两条多苷酸链中只有其中一条链作为模板〔模板链〕，所以这种转录方式又叫做不对称转录。③都遵循DNA与RNA之间的碱基配对原由，A=U，T=A，C=G，合成与模板DNA序列互补的RNA链。④RNA链的延长方向是5’→3’的连续合成。⑤需要Mg2+或Mn2+离子。⑥并不需要引物。RNA聚合酶缺乏3’→5’外切酶活性，所以没有校正功能。细菌染色体上几个基因转录的方向及所用模板RNA聚合酶催化以下反响：RNA聚合酶的作用：〔1〕RNA聚合酶与DNA分子结合并识别DNA分子上的起始信号〔全酶专一地与DNA启动子序列结合〕RNA聚合酶的δ因子是识别启动子序列的主要因子，不同的δ因子使RNA聚合酶识别不同的启动子序列〔2〕RNA聚合酶使DNA双链由封闭型复合体转变为开放性复合体，使DNA局部解螺旋。〔3〕催化磷酸二酯键形成，使RNA链延长〔4〕识别DNA上的终止子序列，使RNA合成终止。大肠杆菌RNA聚合酶的研究得比较透彻的，这是一个分子量达50多万，全酶由五个亚基组成，去掉δ亚基的局部称为核心酶，核心酶本身就能催化苷酸间磷酸二酸键形成。利福平和利福霉素能结合在β亚基上而对此酶发生强烈的抑制作用。β亚基似乎是酶和核苷酸底物结合的部位。细胞内转录是在DNA特定的起始点上开始的，δ亚基的功能是识别转录起始点的。β’亚基是酶与DNA模板结合的主要成分。α亚基可能与转录基因的类型和种类有关。大肠杆菌RNA聚合酶亚单位分子量亚单位数组分功能α365122核心酶决定哪种基因被转录核心酶组装β1506181核心酶与转录全过程有关形成活性中心β1556131核心酶结合DNA模板δ702631δ因子识别不同的启动子真核生物中已发现有四种RNA聚合酶，分别称为RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和线粒体RNA聚合酶，分子量大致都在50万道尔顿左右，它们专一性地转录不同的基因，因此由它们催化的转录产物也各不相同。RNA聚Ⅰ合成RNA的活性最显著，它位于核仁中，负责转录编码rRNA的基因。而细胞内绝大局部RNA是rRNA是RNA。RNA聚合酶Ⅱ，位于核质中，负责核内不匀一RNA的合成，而hnRNA是mRNA的前体。RNA聚合酶Ⅲ负责合成tRNA和许多小的核内RNAs。真核生物转录除RNA聚合酶外还需另一此叫做转录因子的蛋白质分子参与转录的全过程真核生物的RNA聚合酶种类分布合成的RNA类型对α-鹅膏蕈碱的敏感性Ⅰ核仁rRNa不敏感Ⅱ核质hnRNA低浓度敏感Ⅲ核质tRNA，5sRNA高浓度敏感Mt线粒体线粒体RNAs不敏感

〔2〕转录复合物启动子选择阶段RNA聚合酶与启动子可逆性结合形成封闭复合物封闭复合物DNA解链开放复合物开放复合物RNA聚合酶、DNA、新生RNA三元复合物真核生物此过程还要7种辅助因子。二、启动子与转录起始一〕识别转录是从DNA分子的特定部位开始的，这个部位也是RNA聚合酶全酶结合的部信这就是启动子。为什么RNA聚合酶能够仅在启动子处结合呢？显然启动子处的核苷酸序列具有特殊性，为了方便，人们将在DNA上开始转录的第一个碱基定为+1，沿转录方向顺流而下的核苷酸序列均用正值表示；逆流而上的核苷酸序列均用负值表示。启动子的结构对原核行物的100多个启动子的序列进行了比较后发现；在RNA转录起始点上游大约-10bp和-35bp处有两个保守的序列，在-10bp附近，有一组5’-TATAATpu的序列，这是Pribnow首先发现的称为Pribnow框，RNA聚合酶就结合在互部位上。-35bp附近，有一组5’-TTGACG-的序列；启动基因转录的一段DNA序列。不同的启动子序列有所不同，有一些共同的规律，它们一般长40－60bp，含A碱基对较多，某些段落是很相似的，这些相似的保守性段落称为共有性序列。如下图，启动子一般可分为识别(R)、结合(B)和起始(I)三个区段。转录起始第一个碱基(通常标记位置为＋1)最常见的是A；在－10bp附近有TATAAT一组共有序列，称为Pribnow盒；在－35bp处又有TTGACA一组共有序列。典型的原核启动子有四大要素转录起始位点，-10区，-35区和-10区与-35区之间的间隔。原核基因转录起始位点：通常是嘌呤，其序列为CAT-10区：是一个6碱基保守序列〔常以-10为中心〕。T80A95t45A60A50T96，有助于DNA的解链。

-35区：是另一个6碱基保守序列〔常以-35为中心〕。T82T84G78A65C54a45由于RNA聚合酶分子很大，大约能覆盖70bp的DNA序列，因此酶分子上的一个适合部位就能占据从-35到-10序列区域〔图〕大肠杆菌RNA聚合酶识别的启动子区真核生物的启动子有其特殊性，真核生物有三种RNA聚合酶，每一咱都有自己的启动子类型。以RNA聚合酶Ⅱ的启动子结构为例，人们比较了上百个真核生物RNA聚合酶Ⅱ的启动子核苷酸序列伯发现；在-25区有TATA框，又称为Hogness框或Goldberg-Hogness框。其一致序列为T28A97A93A85A63T37A83A50T37，根本上都由A，T碱基所组成，离体转录实验说明，TATA框决定了转录起点的选择，天然缺少TATA框的根本可以从一个以上的位点开始转录。在-75区有CAAT框，其一致的序列为GGTCAATCT。有实验说明CAAT框与转录起始频率有关，例如缺失GG，兔子的β珠蛋白基因转录效率只有原来的12%〔图〕。真核基因启动子：启动子中的元件可以分为两种：①核心启动子元件：指RNA聚合酶起始转录所必需的最小的DNA序列，包括转录起始点及其上游－25/－30bp处的TATA盒。核心元件单独起作用时只能确定转录起始位点和产生根底水平的转录。②上游启动子元件：包括通常位于－70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距转录起始点更远的上游元件。这些元件与相应的蛋白因子结合能提高或改变转录效率。不同基因具有不同的上游启动子元件，其位置也不相同，这使得不同的基因表达分别有不同的调控。以人金属硫蛋白基因为例，说明真核基因上游启动子元件的组织情况和各元件相应结合的转录因子。增强子及其功能除启动子外，真核生物转录起始点上游处还有一个称为增强子的序列，它能极大地增强启动子的活性，它的位置往往不固定，可存在于启动子上游或下游，对启动子来说它们正向排列和反向排列均有效，对异源的基因也起到增强作用，但许多实验证实它仍可能具有组织特异性，例如免疫球蛋白基因的增强子只有在B淋巴细胞内活性最高，胰岛素基因和胰凝乳蛋白酶基因的增强子也都有很高的组织的特异性。增强子：是指能使和它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。最早是在SV40病毒DNA中转录启始位点上游约200bp发现有两段72bp长的重复序列，可使旁侧的基因转录提高100倍。其后在多种真核生物，甚至在原核生物中都发现了增强子。增强子通常占100－200bp长度，也和启动子一样由假设干组件构成，根本核心组件常为8－12bp，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。原核基因转录的起始原核生物转录起始可分为四个阶段：

①核心酶在δ因子参与下接触到DNA上；

②RNA聚合酶识别启动子并与之结合，形成封闭性的起始复合物；

③酶结合在-10区，启动子活化；然后解开双链，暴露模板链；

④酶移动到转录起始位点，加上第一个核苷三磷酸，形成三元复合物，转录开始。转录起始动画〔二〕转录起始和延伸在原核生物中，当RNA聚合酶的δ亚基发现其识别位点时，全酶就与启动子的-35区序列结合形成一个封闭的启动子复合物。由于全酶分子较大，其另一端可在到-10区的序列，在某种作用下，整个酶分子向-10序列转移并与之牢固结合，在此处发生局部DNA12-17r的解链形成全酶和启动子的开放性复合物。在开放性启动子复合物中起始位点和延长位点被相应的核苷酸前体充满，在RNA聚合酶β亚基催化下形成RNA的第一个磷酸二酯键。RNA合成的第一个核苷酸总有GTP或ATP，以GTP常见，此时δ因子从全酶解离下来，靠核心酶在DNA链上向下游滑动，而脱落的δ因子与另一个核心酶结合成全酶反复利用。真核生物转录起始十分复杂，往往需要多种蛋白因子的协助，已经知道，在所有的细胞中有一类叫做转录因子的蛋白质分子，它们与RNA聚合酶Ⅱ形成转录起始复合物，共同参与转录起始的过程。真核生物基因中，有专门为蛋白质编码的基因，这些基因由RNA聚合酶Ⅱ负责进行转录起始关键性作用。根据这些转录因子的作用特点可大致分为二类；第一类为普遍转录因子，它们与RNA聚合酶Ⅱ共同组成转录起始复合物，转录才能在正确的位置上开始。普遍转录因子是由多种蛋白质分子组成的，其中包括特异结合在TATA盒上的蛋白质，叫做TATA盒结合蛋白，还有至成一组复合物叫做转录因子ⅡD。TFⅡD再与RNA聚合酶Ⅱ结合完成转录起始复合物的形成。转录起始复合物的模式除TFⅡD以外，在细胞核提取物中还发现TFⅡA，TFⅡF，TFⅡE，TFⅡH等，它们在转录起始复合物组装的不同阶段起作用，像TFⅡH就有旋转酶活性，它可利用ATP分解产生的能量，介导起始点双螺旋的翻开，使RNA聚合酶得以发挥作用。从中也不难看出真核细胞中基因转录的起始是基因的表达调控的关键，这么多蛋白质分子之间相互作用，以及这些蛋白质分子DNA调控无件相结合，构成控制基因转录开始的复杂体系。第二类转录因子为组织细胞特异性转录因子或者叫可诱导性转录因子，这此TF是在特异的组织细胞或是受到一些类固醇激素，生长因子或其它刺激后，开始表达某些特异蛋白质分子时，才需要的一类转录因子。RNA链的延长RNA链的延长靠核心酶的催化，在起始复合物上第一个GTP的核糖3’-OH上与DNA模板能配对的第二个三磷酸核苷起反响形成磷酸二酯键。聚合进去的核苷酸又有核糖3’-OH游离，这样就可按模板DNA的指引，一个接一个地延长下去。因此RNA链的合成方面也是5’--3。由于DNA链与合成的RNA链具有反平行关系，所以RNA聚合酶是沿着DNA链3’--5’方向移动。整个转录过程是由同一个RNA聚合酶来完成的一个连续下断的反响，转录本RNA生成后，暂时与DNA模板链形成DNA·RNA杂交体，长度约为12个碱基对，形成一个转录泡转录的延长阶段，原核生物与真核生物之间没有太大差异。转录延长动画三、终止与抗终止转录是在DNA模板某一位置上停止的，人们比较了假设干原核生物RNA转录终止位点附近的DNA序列，发现DNA模板上的转录终止信号有两种情况，一类是不依赖于蛋白质因子而实现的终止作用，另一类是依赖蛋白质辅因子才能实现终止作用，这种蛋白质辅因子称为释放因子，通常又称ρ因子。两类终止信号有共同的序列特征，在转录终止之前有一段回文结构，回文序列是一段方向相反，碱基互补的序列，在这段互补序列之间由几个碱基隔开，不依赖ρ因子的终止序列中富含G·C碱基对，其下游6-8个A；而依赖ρ因子的终止序列中G·C碱基对含量较少，其少游也没有因固定的特征，其转录生成的RNA可形成二级结构即柄一噜噗结构，又称发夹结构，这样的二级结构可能与RNA聚合酶某种特定的空间结构相嵌合，阻碍了RNA聚合酶进一步发挥作用〔图17-8〕。除DNA模板本身的终止信号外，在入噬菌体中，发现一些蛋白质有协助RNA聚合酶跨越终止部位的作用，叫做抗转录终止蛋白，例如入噬菌体的N基因产物。原核生物转录作用的终止信号ρ因子是一个相对分子质量为2.0×105的六聚体蛋白，它能水解各种核苷三磷酸，实际上是一种NTP酶。由于催化了NTP的水解，ρ因子能促使新生的RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。

有人认为，在RNA合成起始以后，ρ因子即附着在新生的RNA链上，靠ATP水解产生的能量，沿着5'→3'方向朝RNA聚合酶移动，到达RNA的3'-OH端后取代了暂停在终止位点上的RNA聚合酶，并从模板和酶上释放RNA，完成转录过程。终止过程需要消耗能量，所以，ρ因子具有终止转录和核苷三磷酸酶两种功能。1、依赖于ρ因子的终止当RNA聚合酶转录到发夹结构时发生一定时间的停顿，这时如果没有ρ因子，转录将会继续下去；只有当ρ因子存在时，转录才终止。2、不依赖于ρ因子的终止假设终止点上游存在一个富含GC碱基的二重对称区，由这段DNA转录产生的RNA容易形成发卡式结构；在终止点前面有一段由4-8个A组成的序列，导致转录产物的3‘端为寡聚U。这两种结构特征的存在同样决定了转录的终止。

在新生RNA中出现发卡式结构会导致RNA聚合酶的暂停，破坏RNA-DNA杂合链5'端的正常结构。寡聚U的存在使杂合链的3'端局部出现不稳定的rU·dA区域。RNA产物具有一个发夹结构和一段富含U的片段转录终止动画3、抗终止〔1〕破坏终止位点RNA的茎－环结构：前提：转录与翻译偶联，转录过程中，转录出的mRNA产物中串联的某AA密码子指导其相应的蛋白质合成。当介质中该AA浓度高时，对应的氨酰tRNA含量高。核糖体通过串联的密码子。mRNA形成正常二级结构〔末端茎－环结构〕使DDRP终止转录。当介质中该AA浓度低时，缺乏对应的氨酰tRNA。核糖体滞留在串联的密码子上。mRNA不能形成正常二级结构〔末端茎－环结构破坏〕使DDRP终止继续。〔2〕依赖于蛋白质因子的转录终止：噬菌体中N基因转录翻译成的N蛋白质，可与终止子附近的DNA位点〔该位点中含有A区即CGCTCTTA和一个二重对称序列〕结合，并需要寄主产生的几种蛋白质参与，使DDRP对终止信号不敏感，从而产生抗终止附：RNA的复制以DNA为模板合成RNA是生物界RNA合成的主要方式，但有些生物像某些病毒，噬菌体它们的遗传信息贮存在RNA分子中，当它们进入宿细胞后，靠复制而传代，它们在RNA指导的RNA聚合酶催化下合成RNA分子，当以RNA模板时，在RNA复制酶作用下，按5'→3'方向合成互补的RNA分子,但RNA复制酶中缺乏校正功能,因此RNA复制时错误率很高,这与反转录酶的特点相似.RNA复制酶只对病毒本身的RNA起作用,而不会作用于宿主细胞中的RNA分子。四、mRNA的特征与比较1、原核生物mRNA的特征〔1〕半衰期短〔2〕以多顺反子的形式存在〔3〕5’端无帽子结构，3’端无或少poly〔A〕结构2、真核生物mRNA的特征〔1〕半衰期较长〔2〕几乎都是单顺反子的形式〔3〕5’端存在帽子结构，大多数生物3’端有poly〔A〕尾巴结构五、转录后修饰不管原核或真核生物的rRNAs都是以更为复杂的初级转录本形式被合成的，然后再加工成为成熟的RNA分子。然而绝大多数原核生物转录和翻译是同时进行的，随着mRNA开始的DNA上合成，核蛋白体即附着在mRNA上并以其为模板进行蛋白质的合成，因此原核细胞的mRNA并无特殊的转录后加工过程，相反，真核生物转录和翻译在时间和空间上是分天的，刚转录出来的mRNA是分子很大的前体，即核内不均一RNA。hnRNA分子中大约只有10%的局部转变成成熟的mRNA，其余局部将在转录后的加工过程中被降解掉。〔一〕mRNA的加工修饰原核生物中转录生成的mRNA为多顺反子，即几个结构基因，利用共同的启动子和共同终止信号经转录生成一条mRNA，所以此mRNA分子编码几种不同的蛋白质。例如乳糖操纵子上的Z、Y及A基因，转录生成的mRNA可翻译生成三种酶，即半乳糖苷酶，透过酶和乙酰基转移酶。原核生物中没有核模，所以转录与翻译是连续进行的，往往转录还未完成，翻译已经开始了，因此原核生物中转录生成的mRNA没有特殊的转录后加工修饰过程。真核生物转录生成的mRNA为单顺反子，即一个mRNA分子只为一种蛋白质分子编码。真核生物mRNA的加工修饰，主要包括对5’端和3’端的修饰以及对中间局部进行剪接。1．在5’端加帽成熟的真核生物mRNA，其结构的5’端都有一个m7G-PPNmN结构，该结构被称为甲基鸟苷的帽子。鸟苷通过5’-5’焦磷酸键与初级转录物的5’端相连。当鸟苷上第7位碳原子被甲基化形成m7G-PPNmN时，此时形成的帽子被称为“帽0〞，如果附m7G-PPNmN外，这个核糖的第“2〞号碳上也甲基化，形成m7G-PPNm，称为“帽1〞，如果5’末端N1和N2中的两个核糖均甲基化，成为m7G-PPNmPNm2，称为“帽2〞。真核生物mRNA5’端帽子结构的重要性在于它是mRNa做为翻译起始的必要的结构，对核糖体对mRNA的识别提供了信号，这种帽子结构还可能增加mRNA的稳定性，保护mRNa免遭5’外切核酸酶的攻击。5’端加“G〞的反响是由腺苷酸转移酶催化完成的，帽子结构是GTP和原mRNA5’的三磷酸腺苷〔或鸟苷〕缩合反响的产物。mRNA的帽子结构常常被甲基化，由尿苷酸-7-甲基转移酶来催化。帽子结构的功能：①对翻译起识别作用。②可以保护mRNA免遭核酸酶降解。不是所有的真核生物mRNA都有5’端帽子结构。2．在3’端加尾大多数的真核mRNA都有3’端的多聚尾巴〔A)，多聚〔A)尾巴大约为200bp。多聚〔A)屠巴不是由DNA编码的，而是转录后在核内加上去的。受polyA聚合酶催化，该酶能识别，mRNa的游离3’-OH端，并加上约200个A残基。近年来，在大多数真核基因的3’一端有一个AATAA序列，这个序列是mRNa3’-端加polyA尾的信号。靠核酸酶在此信号下游10-15碱基外切断磷酸二酯键，在polyA聚合酶催化下，在3’-OH上逐一引入100-200个A碱基。有人推测polyA可能与mRNA从细胞核转送到细胞质有关，但是相当数量，的没有polyA屠巴的mRNA如组蛋白mRNA，也照样通过核膜进入细胞质。还有人认为这种结构对真核mRNA的翻译效率具有某种作用，并能稳定mRNA结构，保持一定的生物半衰期。不连续基因：真核生物在编码多肽链的核苷酸序列中间存在着与氨基酸编码无关的DNA序列，即一个基因编码序列被分隔成不连续的假设干区段，称为真核生物的不连续基因。不连续基因由外显子和内含子交替排列组成：外显子：编码蛋白质的序列。内含子：初级转录产物hnRNA加工产生成熟mRNA时被切除的间隔序列。3.mRNA前体〔hnRNA〕的拼接

〔RNA内含子的剪切〕内含子的可能功能：①内含子通过启动子、起始位点的碱基配对，可以阻止或增强RNA聚合酶的作用；②内含子具有各种剪接信号，不同的细胞可以选择不同的拼接点，对外显子进行有选择地拼接，形成不同的成熟mRNA；③内含子也许有自已特定的蛋白质编码。切除内含子的过程称为RNA的剪接RNA的三种剪接方式：⑴自我剪接内含子

能够自发地进行剪接，又分为Ⅰ型内含子和Ⅱ型内含子两个亚类。⑵由蛋白酶参与剪接的内含子

主要在tRNA前体中发现。⑶由snRNP参与剪接的内含子

存在于绝大多数真核细胞的蛋白质基因中。〔什么是“snRNP〞？在真核生物的细胞核中，含有大量的小分子RNA，在天然状态下，它们以核糖核蛋白粒子形式存在，称为snRNP。〕原核生物的结构基因是连续编码序列，而真核生物基因往往是断裂基因，即编码一个蛋白质分子的核苷酸序列被多个插入片断所隔开，一个真核生物结构基因中内含子的数量，往往与这个基因的大小有关，例如胰岛素是一个很小的蛋白质，它结构基因只有两个内含子，而有些很大的蛋白质，它的结构基因中可以有几十个内含子。经过复杂的过程后，切去内元，将有编码意义的核苷酸片段〔外显子〕连接起来〔图〕真核生物的结构的基因中具有可表达活性的外显子，也含有无表达活性的内含子，但内含子序列下是无意义的，越来越多的实验证明有许多基因中的内含子参与基因表达调控，在转录时，外显子及内含子均转录到hnRNA中。在细胞核中hnRNA进行剪接作用，首先在核酸内切酶作用下剪切掉内含子；然后在连接酶作用下，将外显子各局部连接起来，而变为成熟的mRNA，这就是剪接作用，也有少数基因的hnRNA不需进行剪接作用，例如α-干扰素基因，图以卵清蛋白基因为例，介绍一个典型的转录及加工过程。卵清蛋白基因转录及加工过程图中外显示以1、2、3、4……表示，内含子以A、B、C、D…表示〔1〕Ⅰ型内含子的自我剪接四膜虫35SrRNA前体的剪接反响是Ⅰ型的典型代表。特点是需要鸟苷参与。〔2〕

Ⅱ型内含子的自我剪接不需要鸟苷参与，而由其自身结构决定。特点是形成套索内含子。〔3〕核蛋白介导的剪接核mRNA前体的剪接机制：①U1snRNP结合于内含子的5’端；②U2snRNP结合到内含子的分支点上；③U5snRNP结合到内含子的3’端，U4/U6snRNP结合于U5；④U1和U2结合，形成套索RNA结构；⑤U4释放，内含子左侧切断，5’外显子作为独立片段释放；⑥内含子的3’剪接点切断，形成套索内含子，游离出来；⑦5’外显子和3’外显子连接形成成熟mRNA。mRNA前体拼机制

mRNA拼接反响需要有核内小分子RNA参与它们与蛋白质形成的复合物称为小核糖核蛋白颗粒，SnRNA分别被命名为U1,U2,U3,U4,U5,和U6RNA。SnRNA中的U2RNA由与内元右端拼接部位附近的UACUAA顺序高度互补，形成一个环状结构，由特定的酶来识别切除该环状结构，完成拼接过程，如下图。真核生物mRNA前体在剪接过程中，还可以形成套索样的结构，在内含子序列中常有一个分支部位的腺苷酸残基，它的2’-OH可以自动攻击内含子5’端与外显子1连接的磷酸二酯键，切开了外噗子1，而腺苷酸原来已有3’，5’--磷酸二酯键相连的两个相邻的核苷酸残基，加上此3’，5’-磷酸二酯键连接后，在腺苷酸处出现了一个套索，已被切下的外显子1的3’-OH攻击内含子3’末端与外显子2之间的3’，5’-磷酸二酯键，键断裂后，内含子以套索的形式被节下来，此时外显子1和外显子2可以连接起来〔图〕。〔二〕rRNA转录后加工

原核生物rRNA转录后加工，包括以下几方面：①rRNA前体被大肠杆菌RNaseⅢ,RNaseE等剪切成一定链长的rRNA分子；②rRNA在修饰酶催化下进行碱基修饰；③rRNA与蛋白质结合形成核糖体的大、小亚基〔见图大肠杆菌rRNA前体的加工〕真核生物rRNA前体比原核生物大，哺乳动物的初级转录产物为45s，低等真核生物的rRNA前体为38s，真核生物5sRNA前体独立于其他三种rRNA的基因转录〔图:真核生物rRNA前体的加工)。真核生物rRNA前体中含有插入顺序，rRNA前体要形成成熟的rRNA，需要经过拼接反响。例如，四膜虫的rRNA前体的拼接是一种无酶催化的自动拼接过程。四膜虫基因组内，26srRNA编码的区域内有413bp的插入顺序。该插放序列可以不消耗能量从rRNA前体中被除掉。用SDS煮沸和用蛋白酶外理等破坏酶活性方法，都不能破坏拼接活性，但反响中Mg2+和鸟嘌呤核苷酸是必在的。用32P-GTP进行追踪实验说明，起始过程是GTP在插入顺序5’端发生亲核反响，同时GMP与5’端切点的切除段形成磷酸二酯键并使原RNA断开。第二步是5’切点的外元3’-OH与3’切点的外元5’-P共价连接，获得成熟的rRNA，被切除局部最后环化，形成一个环状结构，同时从5’端去掉一个15核苷酸啐片。剩余局部连接成399核苷酸的环状产物，再经过几步，最后切下一个19个核苷酸的线性内含子序列即L-19，它具有催化活性，上面的剪接作用，是由内含子本身的催化性质决定的〔图四膜虫rRNA前体的自我剪接〕。从大多数Ribozymw的结构中发现一些特征，例如：锤头状结构的RNA分子有13个保守的核苷酸序列，如果它们中的碱基改变会使这种催化活性失去作用。根据这种特片，科学家们在体外没计并人工合成这种RNA分子，用于抗肿瘤及抗病毒的实验中〔图:锤头结构模式图〕。〔三〕tRNA转录后的加工修饰原核生物和真核生物刚转录生成的tRNA前体一般无生物活性，需要进行①剪切和拼接②碱基修饰③3’-OH连接-ACC结构〔图:tRNA前体的加工〕。①tRNA前体在tRNA剪切酶的作用下，切成一定在小的tRNA分子。大肠杆菌RNaseP可特异剪切tRNA前体的5’旁顺序，因此，该酶被称为tRNA5’成熟酶。除了RNaseP外，tRNA前体的剪切尚需要一个3’-核酸内切酶，这可将tRNA前体3’端的一段核苷酸序列切下来。此外RNaseD是tRNA3’端成熟酶。近年来的研究说明大肠杆菌RNaseP是一种非常特殊的酶分子，它是由RNA和蛋白质组成，最近发现RNAaseP分子中的RNA局部在某些条件下，可以单独地催化tRNA前体的加工成熟，这个发现和四膜虫tRNA能自我拼接被认为是近十年来生化领域内最令人鼓舞的发现之一。说明RNA分子确具有酶的催化活性。经过剪切后的tRNA分子还要在拼接酶作用下，将成熟tRNA分子所需的片段拼起来。②成熟的tRNA分子中有许多的稀有碱基，因此tRNA在甲基转移酶催化下，某些嘌呤生成甲基嘌呤如A→mA,G→mA。有些尿嘧啶复原为双氢尿嘧啶。尿嘧啶核苷转变不假尿嘧啶核苷。某些腺苷酸脱氨基为成为次黄嘌呤核苷酸〔Ⅰ〕③3’末端加上CCA：在核苷酸转移酶作用下，3’--末端除去个别碱基后，换上tRNA分子统一的CCA-OH末端，完成tRNA分子中的氨基酸臂结构。复习与作业题1、RNA转录主要包括哪几个过程？主要作用原理是什么？2、RNA聚合酶的组成如何？其作用是什么？有哪些特点？3、简述原核生物与真核生的中的启动子结构特点及功能4、真核生物mRNA转录后加工包括哪些内容？5、概念：启动子、增强子、DDRP、转录复合物、内含子、核心酶KcOfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMelXo#s%v)y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTl#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8J